Двурукий ДНК-наноробот поработает на наностройке

Генетики превратили главную молекулу организма в конструктор. Они создали из ДНК двурукого наноробота, который может избирательно захватывать различные биомолекулы.

Известные специалисты по ДНК-нанотехнологиям -- сотрудники лаборатории Нэдриана Симана (Nadrian Seeman) из Нью-Йоркского университета создали новое наноустройство на основе фрагментов ДНК. На этот раз они работали совместно с учеными из Университета Нанкина в Китае. Результаты их работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Сборка наноробота

Инженеры использовали ими же ранее разработанную технологию ДНК-кассеты. Это структура, состоящая из трех молекул ДНК -- двух длинных и одной короткой, скрепленных друг с другом послойно. Основой для робота служил массив, также созданный из молекул ДНК с помощью техники, которую ученые называют ДНК-оригами. В этой двумерной основе, составленной из ряда молекул ДНК, присутствуют два незаполненных участка. Эти участки по размеру совпадают с короткой молекулой ДНК-кассеты. Соответственно, ДНК-кассета вставляется в ДНК-подложку, как детали конструктора «Лего».

Кассеты, или манипуляторы, если иметь в виду именно их последующую функцию, различались углом поворота длинных молекул ДНК друг к другу. Ученые обозначили их как PX и JX. В основу, рассчитанную на два манипулятора, можно было вставить по паре молекул, причем в любом соотношении, длинными свободными концами друг к другу. Между этими свободными концами манипуляторов можно было отловить молекулу.

Из-за особенностей геометрии ДНК-подложки варианты PX-JX и JX-PX различались по функциональности. Как, конечно же, и варианты PX-PX и JX-JX. Поэтому и молекулы они отлавливали избирательно. В качестве мишеней также использовались фрагменты ДНК разной формы.

Прицельный захват

За действием нового наноробота-захватчика ученые наблюдали с помощью атомно-силового микроскопа. Оказалось, что работает он не идеально -- захватывает выбранную для него цель только в 50--80% случаев (для разных целей по-разному). Но оказалось, что небольшое нагревание -- до 40°С -- все расставляет по своим местам: «неправильные» ДНК робот выпускает, а «правильные» держит крепко.

«Цель нанотехнологий -- дать возможность помещать специфичные атомные и молекулярные структуры туда, куда мы хотим. И только тогда, когда мы хотим их там видеть», -- говорит Нэд Симан. «Это программируемый элемент, который позволяет ученым захватывать объекты и маневрировать ими на беспрецедентно малых размерах и расстояниях», -- описывает он результаты своей последней работы. Авторы разработки считают, что их изобретение поможет в создании не только новых ДНК-структур, но и различных электросхем и сенсорных устройств.

Ноги, крылья...

Об интересе к наноструктурам на основе фрагментов ДНК свидетельствует множество научных новостей на эту тему. Так, например, чуть более месяца назад многие научно-популярные сайты обошло сообщение о созданном в Оксфордском университете нанороботе, который имел ДНК-ножки. Ученые задались целью создать искусственную структуру, которая смогла бы передвигаться по цепочке ДНК. Такие структуры известны, например фермент ДНК-полимераза, однако ни одна искусственно созданная структура не идет в сравнение с естественными аналогами.

В работе оксфордцев описывалась конструкция, состоящая из двух коротких фрагментов ДНК, способных избирательно прикрепляться к определенным участкам молекулы ДНК. Причем только последовательно: если одна ножка находится в сцепке с участком ДНК, то вторая непременно должна находиться в свободном состоянии. Шагать же, то есть перемещаться, фрагмент ДНК может только в одном направлении. Эти особенности позволяют двуногому ДНК-нанороботу перемещаться по длинной молекуле.

В лаборатории Симана также удалось создать бипедальную структуру, ножками которой служили участки ДНК. Однако разработка нью-йоркской группы может передвигаться лишь по специально созданному массиву, также состоящему из фрагментов ДНК.